Was ist ein Transmembranprotein?
Ein Transmembranprotein ist ein Protein, das sich über die gesamte Länge der Zellmembran erstreckt. Es ist zwischen den Phospholipiden eingebettet und bietet einen Kanal, durch den Moleküle und Ionen in die Zelle gelangen können. Transmembranproteine erleichtern auch die Kommunikation zwischen Zellen, indem sie mit chemischen Botenstoffen interagieren. Viele biologische Prozesse, wie der Metabolismus von Glucose und die Produktion von Fettsäuren, werden ausgelöst, nachdem ein bestimmtes Transmembranprotein aktiviert wurde.
Der Insulinrezeptor ist ein Beispiel für ein Transmembranprotein, das mit einem chemischen Botenstoff, nämlich Insulin, interagiert. Der Rezeptor wirkt als Ziel auf der Oberfläche der Zelle für das Insulinmolekül. Nachdem das Molekül an den Rezeptor angekoppelt hat, setzt der Rezeptor in der Regel Chemikalien frei, die die Bewegung eines Glukosetransporters zur Oberfläche der Zelle verursachen. Dies ermöglicht es der Zelle, große Mengen an Glukose aus der äußeren Umgebung aufzunehmen, was zu einem Glukosestoffwechsel und schließlich zur Energieerzeugung führt.
Eine weitere Aufgabe des Transmembranproteins besteht darin, Ionen wie Natrium und Kalium durch die Zellmembran zu transportieren, um die chemische Umgebung zu erhalten. Einige Zellen können bestimmte Aufgaben nicht ausführen, wenn die Ionenkanäle nicht ordnungsgemäß funktionieren. Ein wichtiges Beispiel hierfür sind die spannungsgesteuerten Ionenkanäle von Nervenzellen. Im Ruhezustand ist der Ionenkanal typischerweise geschlossen, wodurch verhindert wird, dass Ionen die Membran passieren. Sobald ein Reiz wie ein Schnitt oder eine Verbrennung erkannt wird, wird ein Nervenimpuls von einem Ende der Nervenzelle zum anderen Ende gesendet. Dies kann nur passieren, wenn sich die Ionenkanäle öffnen und die Ionen durch die Zellmembran fließen lassen.
Um sich richtig zu organisieren, benötigen Zellen auch Transmembranproteine, um die Umgebung zu untersuchen, in der sich die Zelle befindet. Beispielsweise organisieren sich Muskelzellen im Allgemeinen um andere Muskelzellen, während sich Hautzellen um andere Hautzellen organisieren. Integrine sind eine breite Kategorie von Transmembranproteinen, die diese organisierende Funktion erfüllen. Integrine verankern Zellen auch an Substraten, was die Zellmigration und die Wundheilung erleichtert. Das Wachstum, die Teilung und der Tod einer Zelle hängen im Allgemeinen von den Signalen ab, die von Integrinen empfangen werden.
Ein Transmembranprotein kann abhängig von der Organisation der Proteinkette als Alpha-Helix- oder Beta-Barrel klassifiziert werden. Alpha-Helix-Proteine bestehen aus einer einzelnen Kette, während die Beta-Barrel-Proteine mehrere nebeneinander angeordnete Proteinketten aufweisen. Das Alpha-Helix-Protein ist im Allgemeinen gewickelt, und das Beta-Barrel-Protein ist zu einer geschlossenen Struktur verdreht, die einem Barrel ähnelt.